Giáo án mẫu dạy học mới STEM THPT - khối Trung học phổ thông môn Vật lý

1. Khái niệm STEMSTEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1), trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác.b) Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEMTrong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống. Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM. Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM.Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp. Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp. Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp.Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh.c) Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuậtGiáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật. Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn.Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM.3. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEMViệc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là:– Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất.– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM:Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh.– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh. – Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương.– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

GIỚI THIỆU 02 GIÁO ÁN DẠY HỌC STEM Chủ đề1.THIẾT KẾ ĐÈN NGỦ DÙNG NGUỒN ĐIỆN TỪ CỦ QUẢ (TRƯỜNG THPT SỐ LÀO CAI) Giáo viên:TÔ THỊ NHƯ QUỲNH Tên chủ đề: THIẾT KẾ ĐÈN NGỦ DÙNG NGUỒN ĐIỆN TỪ CỦ QUẢ (Số tiết: 03 tiết - Lớp 11) Mô tả chủ đề: Hiện nay, pin điện hóa sử dụng phổ biến sống Tuy nhiên, rác thải pin điện hóa lại nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Trong chủ đề này, HS thực dự án thiết kế chế tạo Đèn ngủ dùng nguồn điện từ củ sử dụng (hệ) pin điện hóa từ vật liệu thân thiện với môi trường loại củ, Theo đó, HS phải tìm hiểu chiếm lĩnh kiến thức mới: – Cấu tạo nguyên tắc hoạt động pin điện hóa (Bài – Vật lí lớp 11); – Biểu thức định luật Ơm với tồn mạch; Cơng thức tính hiệu suất cơng suất pin điện hóa, suất điện động nguồn cách ghép nguồn điện thành (Bài 8, 9, 10 – Vật lí lớp 11) Đồng thời, HS phải vận dụng kiến thức cũ học: – Sự điện li (Bài – Hóa học lớp 11); – Q trình oxi hóa khử (Bài 17– Hóa học lớp 10); – Thiết kế vẽ kĩ thuật (Bài – Công nghệ lớp 11); – Thống kê (Tần số, trung bình cộng – chương –Toán học lớp 10) Mục tiêu: Sau hoàn thành chủ đề này, học sinh có khả năng: a Kiến thức, kĩ – Mơ tả cấu tạo nguyên tắc hoạt động pin điện hóa, ngun nhân gây nhiễm mơi trường rác thải pin điện hóa; – Nêu biểu thức tính theo cơng thức định luật Ơm với tồn mạch, hiệu suất cơng suất pin điện hóa, suất điện động nguồn cách ghép nguồn điện thành bộ; – Áp dụng kiến thức toán thống kê, ghi chép xác định hiệu điện q trình làm thí nghiệm nghiên cứu; – Vận dụng kiến thức chủ đề kiến thức biết, thiết kế chế tạo đèn ngủ dùng nguồn điện từ củ sử dụng (hệ) pin điện hóa từ vật liệu thân thiện với môi trường loại củ, – Tiến hành thí nghiệm nghiên cứu tìm điều kiện phù hợp để thiết kế đèn ngủ (đèn led) có hiệu điện định mức 3V; – Đo suất điện động để kiểm tra hoạt động pin chế tạo; – Vẽ thiết kế đèn ngủ sử dụng pin điện hóa thân thiện với môi trường – Chế tạo đèn ngủ dùng nguồn điện từ củ theo thiết kế; – Trình bày, bảo vệ ý kiến phản biện ý kiến người khác; – Hợp tác nhóm để thực nhiệm vụ học tập b Phát triển phẩm chất: – Có thái độ tích cực, hợp tác làm việc nhóm; – u thích, say mê nghiên cứu khoa học; – Có ý thức bảo vệ môi trường c Định hướng phát triển lực: – Năng lực thực nghiệm, nghiên cứu kiến thức pin điện hóa; – Năng lực giải vấn đề chế tạo nguồn điện thân thiện với môi trường cách sáng tạo; – Năng lực giao tiếp hợp tác nhóm để thống thiết kế phân công thực phần nhiệm vụ cụ thể Thiết bị: GV hướng dẫn HS sử dụng số thiết bị sau học chủ đề: – Đồng hồ đo điện; – Một số nguyên vật liệu như: cà chua, chanh, củ khoai tây; điện cực thiếc, nhôm, đồng; dây dẫn điện, điện trở, đèn led Tiến trình dạy học: Hoạt động 1: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐÈN NGỦ DÙNG NGUỒN ĐIỆN TỪ CỦ QUẢ (Tiết – 45 phút) A Mục đích: Học sinh trình bày kiến thức ưu nhược điểm pin ắc quy; Nhận khả tạo dòng điện từ loại củ, quả; Tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế đèn ngủ dùng nguồn điện từ củ hiểu rõ tiêu chí đánh giá sản phẩm B Nội dung: – HS trình bày ưu nhược điểm pin, ắc quy (đã giao tìm hiểu trước nhà) – GV tổ chức cho HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức để xác định khả tạo dòng điện từ loại củ, Các nhóm giao nguyên vật liệu táo, củ khoai tây… điện cực để đấu với đoạn dây đo hiệu điện – Từ thí nghiệm khám phá kiến thức, GV giao nhiệm vụ cho HS thực dự án Thiết kế đèn ngủ dùng nguồn điện từ củ dựa kiến thức cấu tạo nguyên tắc hoạt động pin điện hóa; suất điện động nguồn cách ghép nguồn điện thành – GV thống với HS kế hoạch triển khai dự án tiêu chí đánh giá sản phẩm dự án C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: – Bản ghi chép kiến thức khả tạo dòng điện từ loại củ, – Bảng mô tả nhiệm vụ dự án nhiệm vụ thành viên; thời gian thực dự án tiêu chí đánh giá sản phẩm dự án D Cách thức tổ chức hoạt động: Bước Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ Trên sở GV giao nhiệm vụ cho HS nhà tìm hiểu thơng tin ưu nhược điểm pin, ắc quy phổ biến nay, GV đặt câu hỏi để HS trả lời: Nêu vài ưu nhược điểm pin ắc quy GV tổng kết bổ sung, được: Pin ắc quy dùng phổ biến, rác thải từ pin ắc quy ngun nhân góp phần gây nhiễm mơi trường Bước HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức GV đặt vấn đề giới thiệu thí nghiệm: Có cách có thể tạo nguồn điện từ những chất an tồn với mơi trường hay khơng? Để tìm các nguồn điện an tồn với mơi trường, các em làm việc theo nhóm để tiến hành thí nghiệm xác định khả tạo nguồn điền từ các loại củ, – GV chia HS thành nhóm từ 6–8 học sinh (Dành thời gian cho nhóm bầu nhóm trưởng, thư kí) – GV nêu mục đích hướng dẫn tiến hành thí nghiệm Mục đích: Tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu nguyên liệu dùng để tạo nguồn điện Các nguyên liệu tìm hiểu chanh, củ khoai tây, cà chua, táo GV phát nguyên liệu phiếu hướng dẫn làm thí nghiệm cho các nhóm để các nhóm tự tiến hành thí nghiệm: Nguyên vật liệu: Mỗi nhóm HS nhận số vật liệu dụng cụ sau: + Củ khoai tây/quả táo/quả chanh (mỗi nhóm làm với loại củ Nguyên liệu GV chuẩn bị hoặc HS tự chuẩn bị) + đoạn dây điện có màu khác nhau; + cực đồng kẽm (hình chữ nhật có kích thước 1cm x 8cm) làm điện cực Phiếu hướng dẫn làm thí nghiệm: + Cắm điện cực (2 kim loại đồng kẽm) vào loại củ, Chú ý cắm điện cực chắn không để chúng tiếp xúc với + Mỗi đầu kim lọai nối với đoạn dây điện có màu khác + Lấy đồng hồ đo điện, xoay núm xoay chế độ đo hiệu điện chiều thang đo 2V + Đo hiệu điện hai đầu dây dẫn lần liên tiếp, quan sát số đồng hồ ghi lại hiệu điện theo mẫu sau: Lần đo Hiệu điện Hiệu điện trunng bình – HS làm thí nghiệm theo nhóm, GV quan sát hỗ trợ cần – Đại diện HS nhóm trình bày kết thí nghiệm kết luận – GV nhận xét, chốt kiến thức: nguyên liệu sử dụng thí nghiệm sử dụng để làm nguồn điện thân thiện với môi trường Bước Giao nhiệm vụ cho HS xác lập tiêu chí đánh giá sản phẩm GV nêu nhiệm vụ: Căn vào kết thí nghiệm vừa tiến hành, nhóm thực dự án “Thiết kế đèn ngủ dùng nguồn điện từ củ quả” Sản phẩm đèn ngủ cần đạt tiêu chí nguồn điện, công suất đèn, thời gian chiếu sáng đèn, hình thức, chi phí đánh giá cụ thể sau: Phiếu đánh giá số 1: Đánh giá sản phẩm đèn ngủ dùng nguồn điện từ củ Tiêu chí Điểm tối đa Đèn sử dụng nguồn điện từ củ, Nguồn thắp sáng bóng LED có hiệu điện định mức 3V Đèn có thời gian sáng tối thiểu phút Đèn có hình thức đẹp Chi phí làm đèn tiết kiệm Tổng điểm 10 Bước 4.GV thống kế hoạch triển khai Hoạt động Thời lượng Hoạt động 1: Giao nhiệm vụ dự án Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức chuẩn bị thiết kế sản phẩm để báo cáo Tiết 1 tuần (HS tự học nhà theo nhóm) Hoạt động 3: Báo cáo phương án thiết kế Tiết Hoạt động 4: Chế tạo, thử nghiệm sản phẩm tuần (HS tự làm nhà theo nhóm) Hoạt động 5: Triển lãm, giới thiệu sản phẩm Tiết Trong đó, GV nêu rõ nhiệm vụ nhà hoạt động 2: – Nghiên cứu kiến thức liên quan: Cấu tạo nguyên tắc hoạt động pin điện hóa; Biểu thức định luật Ơm cho tồn mạch; Cơng thức tính hiệu suất công suất pin điện hóa, suất điện động nguồn các cách ghép nguồn điện thành bộ; quá trình oxi hóa khử các điện cực –Tiến hành thí nghiệm xác định phụ thuộc điện áp hai điện cực pin điện hóa xét phụ thuộc vào yếu tố – Tiến hành thí nghiệm xác địnhphương án ghép nguồn để đạt tiêu chí sản phẩm –Vẽ vẽ mạch điện thiết kế sản phẩm để báo cáo buổi học tuần tiếp – Các tiêu chí đánh giá trình bày, vẽ mạch điện thiết kế sản phẩm sử dụng theo Phiếu đánh giá số Phiếu đánh giá số 2: Đánh giá báo cáo thiết kế sản phẩm Tiêu chí Điểm tối đa Bản vẽ mạch điện đèn vẽ rõ ràng, nguyên lí; đáp ứng yêu cầu để đèn LED sáng điện áp cỡ 3V Bản thiết kế kiểu dáng đèn vẽ rõ ràng, đẹp, sáng tạo, khả thi; Giải thích rõ nguyên lí hoạt động nguồn điện đèn; Trình bày rõ ràng, logic, sinh động Tổng điểm 10 Điểm đạt GV cần nhấn mạnh: Khi báo cáo phương án thiết kế sản phẩm học sinh phải vận dụng kiến thức kể trênđể giải thích, trình bày ngun lí hoạt động sản phẩm Vì vậy, tiêu chí có trọng số điểm lớn Hoạt động 2: NGHIÊN CỨU VỀ PIN ĐIỆN HÓA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ĐÈN NGỦ DÙNG NGUỒN ĐIỆN TỪ CỦ QUẢ (HS làm việc nhà – tuần) A Mục đích: Học sinh tự học kiến thức liên quan thông qua việc nghiên cứu tài liệu kiến thức cơng suất, định luật Ơm với toàn mạch, ghép nguồn điện thành làm thí nghiệm để hiểu nguồn điện với củ thiết kế vẽ kĩ thuật … từ thiết kế mạch điện vẽ kĩ thuật cho đèn ngủ B Nội dung: Học sinh tự học làm việc nhóm thảo luận thống kiến thức liên quan, làm thí nghiệm, vẽ thiết kế mạch điện sản phẩm GV đôn đốc, hỗ trợ tài liệu, giải đáp thắc mắc cho nhóm cần thiết C.Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: – Bài ghi cá nhân kiến thức liên quan; – Bản vẽ mạch điện thiết kế sản phẩm đèn ngủ (trình bày giấy A0 hoặc trình chiếu powerpoint); – Bài thuyết trình vẽ thiết kế D Cách thức tổ chức hoạt động: – Các thành viên nhóm đọc 7, 8, 9, 10 sách giáo khoa Vật lí lớp 11, sách giáo khoa Cơng nghệ 11 Trong cần xác định kiến thức trọng tâm sau +Dòng điện tạo trì nhờ nguồn điện + Cường độ dòng điện đặc trưng cho lượng điện tích dịch chuyển theo thời gian qua tiết diện dây dẫn Nếu cường độ dịng điện khơng đổi theo thời gian ta có dịng điện khơng đổi + Nguồn điện hóa tạo trì điện áp hai điện cực nhờ phản ứng điện hóa có chất phản ứng xy hóa–khử điện cực dung dịch chất điện li + Công công suất mạch điện tỉ lệ với điện áp điện lượng chuyển qua mạch Với công thức A=qU= UIt, P= UI + Công công suất nguồn điện là: A= Eit P=EI + Định luật Ơm tồn mạch I= U=E–Ir + Hiệu suất nguồn điện: H= 100% + Các cách ghép nguồn điện để tạo điện áp thích hợp – HS làm việc nhóm: ● Chia sẻ với thành viên khác nhóm kiến thức tìm hiểu Ghi tóm tắt lại các kiến thức vào cá nhân ● Tiến hành thí nghiệm xác định phụ thuộc điện áp hai điện cực pin điện hóa xét phụ thuộc vào yếu tố: Tiến hành lại thí nghiệm hoạt động với nguyên liệu củ chọn làm nguồn điện (chanh, táo, khoai tây, ) để xác định hiệu điện nguồn phụ thuộc vào yếu tố thực nghiệm để tìm cách tạo nguồn điện tối ưu với bảng số liệu cho trường hợp sau: Bảng số liệu khảo sát phụ thuộc điện áp vào chất cặp điện cực Cặp điện A–B A–C B–C … cực Điện áp Bảng số liệu khảo sát phụ thuộc điện áp vào diện tích điện cực Với loại pin cần thực bảng Diện tích S1 S2 S3 … Điện áp Bảng số liệu khảo sát phụ thuộc điện áp vào khoảng cách điện cực Với loại pin cần thực bảng Khoảng d1 d2 d3 … cách Điện áp –Từng nhóm tiến hành thí nghiệm, điều chỉnh pin điện hóa theo yêu cầu kiểm tra dự đoán Các học sinh luân phiên tiến hành thí nghiệm, ghi số liệu • Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng cơng thức U=E-Ir mắc thành mạch điện kín để thấy U